Un grupo de químicos de la Universidad Tecnológica de Kaunas en Lituania, los desarrolladores de numerosas innovaciones revolucionarias en el campo de la energía solar, propusieron otra solución para aumentar la estabilidad y el rendimiento de los elementos solares de perovskita. Sintetizaron una nueva clase de materiales reticulables a base de carbazol, que son resistentes a diversos efectos ambientales, incluidos los disolventes fuertes utilizados en la producción de células solares.

Cuando se aplicaron como capas de transporte de orificios, los nuevos materiales ayudaron a lograr la eficiencia del 16,9 % de las celdas de perovskita de arquitectura invertida en el primer intento. Se espera que alcance una mayor eficiencia tras la optimización.

Nuevos materiales polimerizados térmicamente para aportar resistencia

Las células solares de perovskita híbridas orgánico-inorgánicas han estado atrayendo la atención mundial como una alternativa competitiva a las tecnologías solares convencionales basadas en silicio. Son más baratos, más flexibles y tienen una mayor eficiencia de conversión de energía. Científicos de todo el mundo están trabajando para resolver desafíos relacionados con la mejora de la estabilidad y otras características de los elementos solares de perovskita. Estas células solares en capas de nueva generación pueden tener dos estructuras arquitectónicas:estructuras regulares (n-i-p) e invertidas (p-i-n). En este último, los materiales de transporte de agujeros se depositan debajo de la capa absorbente de perovskita.

"Aunque las celdas p-i-n tienen numerosas ventajas en comparación con las celdas solares de perovskita de arquitectura normal, tienen serias deficiencias. Por ejemplo, los compuestos que transportan agujeros deberían ser capaces de resistir los fuertes solventes polares que se usan para formar una capa de perovskita que absorbe la luz, que es colocado arriba", explica el profesor Vytautas Getautis, investigador principal de la Facultad de Tecnología Química de KTU.

Para resolver este problema, en las arquitecturas p-i-n, los polímeros se utilizan a menudo como materiales de transporte de huecos. Sin embargo, debido a problemas de solubilidad, no es fácil formar una capa de polímero; además, es difícil controlar la recurrencia de las reacciones y sintetizar la misma estructura. Con el objetivo de resolver este problema, los investigadores de KTU crearon una capa transportadora de orificios de moléculas a base de carbazol, que luego se polimerizaron térmicamente in situ para alcanzar el efecto de reticulación.

"El polímero reticulado tiene una estructura tridimensional. Es muy resistente a diversos efectos, incluidos los disolventes fuertes que se utilizan para formar una capa de perovskita que absorbe la luz. Utilizamos varios grupos de moléculas y desarrollamos materiales que, si bien se utilizan como una capa de transporte de agujeros, puede mejorar la eficiencia de una célula solar de perovskita invertida a casi un 17 por ciento", dice un Ph.D. estudiante Šarūnė Daškevičiūtė-Gegužienė, quien sintetizó estos compuestos.

La invención descrita anteriormente apareció como artículo de portada en Chemical Communications .

Célula solar en tándem sin precedentes

El grupo de investigación encabezado por el profesor Getautis ha desarrollado numerosos inventos de vanguardia, destinados a mejorar la eficiencia de las células solares. Entre ellos se encuentran los compuestos sintetizados, que se autoensamblan en una capa delgada como una molécula que actúa como un material de transporte de agujeros. El tándem solar de silicona y perovskita producido con dichos materiales alcanzó una eficiencia de más del 29 por ciento. Según el profesor Getautis, esta última combinación en tándem pronto se convertirá en la alternativa comercialmente disponible a las células solares a base de silicona, más eficiente y económica.

"Nuestro campo de investigación tiene como objetivo mejorar las tecnologías existentes para los elementos solares de perovskita y, en este campo, hemos logrado los mejores resultados con la tecnología de monocapa de autoensamblaje. Sin embargo, la ciencia a menudo se desarrolla en múltiples direcciones, ya que necesitamos explorar maneras de usar la energía solar lo mejor que podamos", dice el profesor Getautis.

Aunque las células de perovskita son una novedad respecto a las tecnologías solares basadas en silicona, existen varias empresas que ya han comercializado diferentes productos basados ​​en la tecnología de perovskita. Entre ellos se encuentran elementos interiores semitransparentes flexibles, dispositivos electrónicos portátiles para controlar la población de vida silvestre y varias soluciones arquitectónicas. Y esto es solo el comienzo.

Según el profesor Getautis, de todas las energías renovables, la energía solar tiene el mayor potencial y es la menos explotada. Sin embargo, gracias a la nueva investigación, este campo se está desarrollando exponencialmente. Se estima que para 2050, alrededor de la mitad de la electricidad utilizada en la Tierra se producirá a partir de energía solar.

"La energía solar es completamente verde:no contamina y las granjas solares instaladas no requieren mucho mantenimiento. Teniendo en cuenta los acontecimientos actuales y la crisis energética, cada vez más personas están interesadas en instalar plantas de energía solar en sus hogares. o poseer una parte de una granja solar. Es un futuro de la energía", está convencido el profesor Getautis. + Explora más

Gran salto para las células solares de perovskita estables y de alta eficiencia